1、波波 的的 衍衍 射射【物理现象【物理现象1】-【问题【问题1】大家都熟悉大家都熟悉“隔墙有耳隔墙有耳”的物理现象，谁的物理现象，谁能说出是什么原因？能说出是什么原因？【物理现象【物理现象2】-【问题【问题2】我们向平静的湖面上投入一个小石子，可我们向平静的湖面上投入一个小石子，可以看到石子激起的水波形成圆形的波纹，以看到石子激起的水波形成圆形的波纹，并向周围传播当波纹并向周围传播当波纹遇到障碍物遇到障碍物(如芦苇如芦苇)以后的情况以后的情况后会怎样？后会怎样？【演示实验【演示实验1】观察水槽中水波的传播：在水槽中放入一个不大的障碍物，观察水波绕过障碍物传播的情况 1 1波的衍射现象波的衍射现
2、象 波可以绕过障碍物继续传播，这种现波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射象叫做波的衍射【演示实验【演示实验2】在水槽中放入一个有孔的障碍物，水波通过孔后在水槽中放入一个有孔的障碍物，水波通过孔后发生的现象。发生的现象。【演示动画】【演示动画】【演示实验】【演示实验】在水波槽里放一个较大的挡板，让波源发出在水波槽里放一个较大的挡板，让波源发出的圆形波遇到挡板，观察波还能否绕到挡板的圆形波遇到挡板，观察波还能否绕到挡板后面？后面？现象：现象：水波绕不到挡板后面而继续传播水波绕不到挡板后面而继续传播说明说明:发生衍射现象的条件与障碍物的大小发生衍射现象的条件与障碍物的大小有关。有关。猜想猜
3、想:那么那么障碍物的大小障碍物的大小与与波的那个参量有波的那个参量有关？关？2 2发生明显的波的衍射的条件发生明显的波的衍射的条件实验：实验：(1)(1)使波长相同的水波通过宽度不同的窄缝。使波长相同的水波通过宽度不同的窄缝。(2)(2)使波长不同的水波通过宽度相同的窄缝。使波长不同的水波通过宽度相同的窄缝。(3)(3)波长不断变小的水波通过宽度不断增大的窄缝波长不断变小的水波通过宽度不断增大的窄缝 (4)(4)水波绕障碍物的情形。水波绕障碍物的情形。实验表明：实验表明：只有缝、孔的宽度或阻碍物的尺寸跟波只有缝、孔的宽度或阻碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察长相差不多，或者比
4、波长更小时，才能观察到明显的衍射现象到明显的衍射现象【演示实验3】在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，在水波槽里放两块挡板，当中留一窄缝，保持水波的波长不变，观察水波通过不同保持水波的波长不变，观察水波通过不同宽度的窄缝后传播的情况宽度的窄缝后传播的情况 演示结论演示结论1：在波长不变的条件下，将障碍屏的孔由较在波长不变的条件下，将障碍屏的孔由较大逐渐变小。可以看到波的衍射现象越来大逐渐变小。可以看到波的衍射现象越来越明显。由此得出结论：越明显。由此得出结论：窄缝窄缝越小，衍射越小，衍射现象越明显。现象越明显。【演示实验【演示实验4 4】保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长，波的保持窄缝的宽度不
5、变，改变水波的波长，波的传播情况有什么变化呢传播情况有什么变化呢?演示结论演示结论2：当当窄缝窄缝的大小与波长相差不多时，波的衍的大小与波长相差不多时，波的衍射现象较明显。射现象较明显。甲中波长是窄缝宽度的甲中波长是窄缝宽度的3/103/10，照片乙中波长是窄缝宽度，照片乙中波长是窄缝宽度的的5/105/10，照片丙中波长是窄缝宽度的，照片丙中波长是窄缝宽度的7/107/10 【演示实验【演示实验5】水波的波长不断变小，窄缝的宽度不断增水波的波长不断变小，窄缝的宽度不断增大的实验现象。大的实验现象。演示结论演示结论3 3：窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；窄缝宽度跟波长相差不多时，有
6、明显的衍射现象；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到明显的衍射现象不到明显的衍射现象障碍物的情形障碍物的情形结论：结论：障碍物障碍物宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象；障碍物障碍物宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；障碍物障碍物宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到明显的衍射现象察不到明显的衍射现象【注意】一切波都
7、能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到 3 3衍射是波特有的现象衍射是波特有的现象一切波都能发生衍射一切波都能发生衍射【思考】不只是水波，声波也能发生衍射闻其声而不见其人，这是司空见惯的现象为什么声波的衍射非常明显，后面我们将会学到，光也是一种波，为什么光波的衍射不明显？声波的波长在1.7cm到17m之间，可以跟一般障碍物的尺寸相比，所以声波能绕过障碍物，使我们听到障碍物另一侧的声音光也是一种波，但光波的波长约在0.4m-0.8m的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以在通常的情况下看不到光的衍射，光沿
8、直线传播1 1下列哪些现象是波的衍射现象？下列哪些现象是波的衍射现象？A A面对障碍物大喊一声，过一会儿听见自己的声面对障碍物大喊一声，过一会儿听见自己的声音音B B将一个音叉敲响，人围绕它走一周，将听到忽强将一个音叉敲响，人围绕它走一周，将听到忽强忽弱的声音忽弱的声音C C在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音在障碍物的后面可以听到前面人说话的声音D D一人敲一下长钢管的一端，另一人用耳朵贴紧钢一人敲一下长钢管的一端，另一人用耳朵贴紧钢管的另一端，先后听到两次声音管的另一端，先后听到两次声音2 2如图所示，波长相同的水波通过宽度不同的孔，如图所示，波长相同的水波通过宽度不同的孔，在在a a图
9、发生了明显的图发生了明显的_现象，这是因为孔的宽现象，这是因为孔的宽度和波长度和波长_的缘故；在的缘故；在b b图，孔后面的水波图，孔后面的水波是在连接波源和孔边的两条直线所限制的区域里是在连接波源和孔边的两条直线所限制的区域里传播，这是因为传播，这是因为_缘故缘故衍射衍射 差不多差不多 孔的宽度比波长大得多孔的宽度比波长大得多【例】在观察水波衍射现象的实验中，若打击水面【例】在观察水波衍射现象的实验中，若打击水面的振子振动的频率是的振子振动的频率是5Hz5Hz，水波在水中的传播速度为，水波在水中的传播速度为0.05m/s0.05m/s，为了观察到显著的衍射现象，小孔直径，为了观察到显著的衍射
10、现象，小孔直径d d应为应为 （A）10cm （B）5cm （C）d1cm （D）d1cm3 3已知空气中的声速为已知空气中的声速为340m/s340m/s现有几种声波：现有几种声波：(1)(1)周期为周期为1/20s1/20s，(2)(2)频率为频率为104Hz104Hz，(3)(3)波长为波长为10m10m它们传播时若遇到宽度约为它们传播时若遇到宽度约为 13m 13m 的障碍物，的障碍物，发生明显衍射现象的是发生明显衍射现象的是 A A(1)B(1)B(2)C(2)C (3)(3)D D都可以都可以习题u习题习题：如图是观察水面波衍射的实验装置，如图是观察水面波衍射的实验装置，ACAC和
11、和BDBD是两块挡板，是两块挡板，ABAB是一个孔，是一个孔，O O为波源，图中已画为波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）每两条相邻波纹（图中曲线）之间距离表示一个波长，则波之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下述经过孔之后的传播情况，下述描述正确的是描述正确的是：A.A.此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象B.B.挡板前波纹间距离相等挡板前波纹间距离相等C.C.如果将孔如果将孔ABAB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D.D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明
12、显地如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察衍射现象观察衍射现象u解析：解析：由图可看出孔由图可看出孔AB与波长相比小于一个波与波长相比小于一个波长，则长，则A对对.u 介质及波源不变则不变，介质及波源不变则不变，B对对u 将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到明显将孔变大，若孔的大小比较大则不能看到明显衍射现象，衍射现象，C对对u 增大频率，更不容易看到衍射现象，增大频率，更不容易看到衍射现象，D错错.u 所以，正确选项为所以，正确选项为AB、C.拓宽：用惠更斯原理解释衍射现象1、惠更斯原理、惠更斯原理 媒质中波动传到的各点，都可以看作是新的次波源，媒质中波动传到的各点，都可以看作是新
13、的次波源，这些新波源发射的波称为子波，其后任一时刻这些子波这些新波源发射的波称为子波，其后任一时刻这些子波的包络面就是该时刻的新波阵面。的包络面就是该时刻的新波阵面。拓宽：用惠更斯原理解释衍射现象.障碍物障碍物障碍物后的障碍物后的阴影部分阴影部分障碍后障碍后的波面的波面障碍后障碍后的波线的波线2 2、波传到小孔狭缝时，缝上各点都可看作子波源，小孔仿佛一个、波传到小孔狭缝时，缝上各点都可看作子波源，小孔仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波称为子波)在孔后的边缘处，在孔后的边缘处，波的传播方向发生改变传播，于是，就出现了偏离直线传播方向的波的传播方向发生改变传播，于是，就出现了偏离直线传播方向的衍射现象当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。衍射现象当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。惠 更 斯C.Huygens荷兰物理学家荷兰物理学家(1629-1695)1656年造出了人类年造出了人类历史上第一架摆钟历史上第一架摆钟 1666年当选为荷兰年当选为荷兰科学院院士。科学院院士。1690年出版年出版光光论论，提出了著名，提出了著名的惠更期原理。的惠更期原理。
